Cómo las diferentes tecnologías afectan el costo de PCB

Saltar a: Factores que afectan el costo de PCB | Elección de materiales | Tamaño de placa de circuito impreso | Números de capas | Acabado (ENIG, HASL, etc.) | Tamaño del agujero | Rastro mínimo y espacio | El grosor y la relación de aspecto | Especificaciones personalizadas o únicas | PCB de Diferentes Diseños

Las tecnologías de PCB implican altos niveles de complejidad. Dependiendo del diseño de una placa de circuito, su producción podría ser más o menos costosa que la placa de circuito impreso promedio. Si una placa de circuito impreso está destinada a un elemento convencional cotidiano, el costo de fabricación de la placa en sí debe ser significativamente menor que el precio de una placa diseñada para maquinaria de alta tecnología.

Factores que afectan el costo de PCB

Los tres factores que más afectan el desglose de costos de fabricación de PCB son el tipo de material, el tamaño de la placa y la cantidad de capas. Otros factores que también pueden afectar el precio incluyen el acabado y el tamaño de los agujeros, incluidos estos ocho.

1. Elección de materiales

Los materiales utilizados en una placa de circuito invariablemente afectarán su costo. Las PCB estándar están laminadas con material FR4, pero esto no será suficiente para las placas fabricadas para usos de alta intensidad, como los comunes en las industrias aeroespacial y de combustibles.

Los factores que pueden afectar la selección de materiales incluyen:

• Fiabilidad térmica : ¿Será capaz la placa de funcionar bajo el rango de temperaturas esperado para las tareas en cuestión? Ciertas placas requieren materiales de una calificación térmica más alta que las placas estándar.
• Fiabilidad de temperatura : ¿Puede el material soportar un rango esperado de condiciones atmosféricas dentro de un entorno controlado sin sobrecalentarse? Los PCB destinados a operaciones de trabajo a alta temperatura requieren materiales que pasen estas pruebas.
• Transferencia de calor: ¿Soportará la placa cargas de alta intensidad sin transferir niveles indebidos de calor a los componentes adjuntos y adyacentes? El material correcto deberá pasar esta prueba para los usos en cuestión.
• Rendimiento de la señal: ¿El material facilitará señales eléctricas ininterrumpidas a lo largo de cada ciclo operativo de una máquina dada? ¿Soportará la señal un rango necesario de temperaturas y otros factores ambientales? Estas preocupaciones son parte integral del rendimiento de una PCB.
• Propiedades mecánicas: ¿Tiene el material suficiente composición física para soportar una gama plausible de tensiones físicas? ¿Se puede presionar la placa en una ranura estrecha sin que se agriete? ¿Se puede dejar caer varios pies sin romperse? Cualquier PCB ideal para la venta deberá pasar pruebas de caída y otros criterios de rendimiento.

Como regla general, las operaciones que involucran frecuencias más altas requieren materiales de un grado superior al FR4 estándar. Como tal, los materiales utilizados en una PCB de microondas podrían ser 10 veces más costosos que los materiales utilizados para la placa de una calculadora u otro dispositivo portátil.

2. Tamaño de placa de circuito impreso

El tamaño de una PCB y la utilización de su panel son dos de los factores más importantes que afectan el precio. El tamaño de una placa generalmente estará determinado por la cantidad de circuitos necesarios para el dispositivo correspondiente.

Una placa de circuito impreso en algo tan pequeño como un reloj digital requerirá menos componentes y, en última instancia, será menos costosa de producir que la placa de circuito impreso de una computadora o computadora portátil. Del mismo modo, la placa de circuito impreso de una gran pieza de maquinaria industrial será más grande que las placas contenidas en la mayoría de los dispositivos electrónicos domésticos.

En la fabricación de PCB, las siguientes dimensiones se encuentran entre las más comunes:

• 18 x 24″ (457 x 610 mm)
• 18 x 21″ (457 x 533 mm)
• 21 x 24″ (533 x 610 mm)

La cantidad de espacio consumido por los componentes en una placa también afectará el precio. Por supuesto, algunas placas están diseñadas con menos consideración de la eficiencia y los costos de producción.

Por ejemplo, una placa de circuito impreso de 18 x 24 que contenga tres columnas y dos filas largas de utilización del panel sería un uso eficiente del espacio de la placa porque los componentes activos consumirán la mayor parte del panel general. Por otro lado, una placa de circuito impreso de 18 x 24 que contenga una columna y tres filas sería menos eficiente porque los márgenes serán más amplios, pero seguirá siendo costoso debido al material.

En última instancia, las dimensiones del diseño de su PCB serán uno de los principales factores determinantes del precio total. Incluso si fabrica una PCB pequeña a gran volumen, el costo total puede ser menor que el de una PCB grande de bajo volumen.

3. Número de capas

Otro factor determinante del precio del tablero es el número de capas involucradas. Por razones obvias, los PCB con tres o más capas cuestan más de producir que los tableros que constan de solo dos capas. El problema de los precios se ve afectado por los tipos de material utilizados y el tamaño de la placa en sí. En general, los tableros gruesos con numerosas capas requieren mucho más trabajo de fabricación.

En general, los aumentos de precios nivel por nivel se pueden desglosar de la siguiente manera:

• 1L a 2L: 35 – 40 %
• 2L a 4L: 35 – 40 %
• 4L a 6L: 30 – 40 %
• 6L a 8L: 30 – 35 %
• 8L a 10L: 20 – 30 %
• 10L a 12L: 20 – 30 %

Algunos de los aumentos más significativos en el costo de fabricación ocurren una vez que se agrega una segunda capa a la placa. A partir de ahí, dos tablas adicionales aumentarán el costo en al menos un tercio del precio anterior. Los aumentos de precios son generalmente menos pronunciados una vez que un diseño cruza el umbral de las ocho capas.

Con cada capa agregada a una PCB, se involucran más pasos de producción en el proceso de laminación. Esto requiere más tiempo para lograrlo y necesita un mayor suministro de material. Los pasos involucrados en la construcción de tableros multicapa también aumentan la posibilidad de defectos de producción. Para compensar el posible costo de los errores, los fabricantes de PCB a menudo incluyen esto en las cotizaciones de producción de placas multicapa.

Dependiendo del material utilizado en el diseño de un tablero, es posible que necesite más capas para garantizar una composición sólida. Si se espera que una PCB soporte una gran cantidad de estrés y aún tenga cierto grado de flexibilidad, estos factores determinarán en gran medida el número de capas, así como el material.

4. Acabado (ENIG, HASL, etc.)

Un factor menor a considerar con respecto a la producción de PCB implica los costos asociados con un acabado determinado. Algunos acabados cuentan con grados más altos y ofrecen una vida útil más larga, lo que aumenta el costo total de producción. Uno de los tratamientos superficiales más comunes y de bajo costo es HASL, que ofrece una buena soldabilidad pero tiene una calificación desfavorable en otros aspectos. ENIG, en comparación, obtiene una puntuación favorable en la mayoría de las categorías, pero solo tiene una ligera diferencia de precio.

Cada una de las opciones de tratamiento de superficie ofrece características únicas:

• HASL: Soldabilidad
• LFHASL: Soldabilidad
• OSP: Soldabilidad
• IMM Ag: Soldabilidad, alambre de aluminio enlazable
• Sn IMM: Soldabilidad
• ENIG: Soldabilidad, unión de alambre de aluminio, superficie de contacto
• ENEPIG: Soldabilidad, unión de alambre de aluminio, superficie de contacto
• Elec Au: Soldabilidad, Al/Au alambre enlazable, superficie de contacto

La cantidad de capas también puede determinar si el acabado afecta el precio de producción de PCB en un grado significativo.

5. Tamaño del agujero

Uno de los factores importantes, si no cruciales, que pueden influir en el costo de producción de una placa de circuito impreso es el tamaño de los agujeros en una placa. Los costos asociados con los orificios también se pueden determinar por la cantidad de orificios necesarios para el tablero, así como por el tipo de material y el grosor de las capas que se perforan. En general, más agujeros requieren más trabajo, especialmente si los agujeros en cuestión son difíciles de perforar debido a la diminución y al grosor de la placa.

Los tamaños de los agujeros en el diseño de una tabla son los determinantes de precio más cruciales en esta área. Si los agujeros son muy delgados, requerirán herramientas especiales para producirlos. Por ejemplo, un orificio que tenga el diámetro de un mechón de cabello será más difícil de crear que un orificio que tenga el diámetro de un orificio de tornillo típico. Dichos agujeros requieren más trabajo y un conjunto de habilidades especializadas para lograrlo.

Ya sea que los orificios sean de tamaño regular o microscópicos, el precio de producción de la placa también puede verse afectado por la cantidad de orificios que contiene un diseño determinado. Si una placa contiene docenas de agujeros, esta característica se agregará al precio debido al trabajo adicional que implica.

Los factores adicionales relacionados con los agujeros que pueden afectar el precio de producción de una placa de circuito impreso son el grosor del material y la cantidad de capas contenidas en el diseño de la placa. Si un tablero consta de 10 o más capas, la perforación de agujeros será una tarea que consumirá más tiempo debido al grosor. Si el material es súper fuerte y difícil de perforar, esto también afectará el precio.

6. Traza y espacio mínimos

Para que una corriente se transfiera en una PCB sin la amenaza de sobrecalentamiento y daño a la placa, debe haber un ancho de pista suficiente en el diseño de la placa. En tableros de todos los tamaños, existe una correlación simple entre el ancho del trazo y la capacidad de carga. Una parte de la primera determinará la segunda. Además, las secciones transversales de las trazas se correlacionan con el grosor del cobre.

Debe tenerse en cuenta que la capacidad de carga de la traza no se corresponde necesariamente con el espacio de la sección transversal. De hecho, la cantidad de corriente que puede contener una traza, como máximo, no se puede calcular fácilmente, independientemente del ancho de la traza o del aumento de temperatura. La capacidad de carga de una corriente también puede verse afectada por pads, vías y otros elementos de la placa.

En una placa con numerosos pads, es posible que encuentre un rastro de capacidad excepcional. Si esto no se tiene en cuenta en el proceso de soldadura, se puede crear un área de sección transversal excesiva y es posible que se produzcan sobretensiones transitorias.

Para evitar estas situaciones, los fabricantes de tableros aumentarán el ancho del trazo, si es posible. Alternativamente, pueden agregar una máscara de soldadura adicional a los rastros que, de lo contrario, podrían quemarse. Estos pasos pueden aumentar el precio de una producción de PCB.

7. El grosor de la PCB y la relación de aspecto

Hasta hace poco, el grosor de una placa de circuito impreso solo había jugado un papel menor en el costo total, aunque todo eso puede cambiar en los próximos años. El material más grueso puede ser más costoso de adquirir, laminar y formar en una placa de circuito impreso, especialmente si el diseño en sí es muy complejo.

El material más delgado generalmente colocará una línea de PCB en un soporte de costo ligeramente más bajo porque se requiere menos material para la producción en cuestión. Los costos de un tablero en relación con el grosor también pueden verse afectados por el tipo de material utilizado en una producción determinada.

El grosor estándar de una placa de circuito impreso es de 1,6 mm (0,063″). En los últimos tiempos, los tableros más gruesos se han vuelto más caros, aunque nunca se ha establecido una tarifa vigente para toda la industria. En general, depende del fabricante si una placa más delgada de 0,8 mm costará menos o igual que una placa de grosor estándar.

El precio de una placa más gruesa podría ser significativamente más alto si también tiene una relación de aspecto más grande. Si el tablero consta de varias capas para su grosor y presenta dimensiones amplias, el tablero requerirá más material e implicará más trabajo en su construcción. Por lo tanto, es posible que no sea el grosor de la placa lo que afecte el costo tanto como las medidas o la cantidad de capas que se suman al grosor.

8. Especificaciones personalizadas o únicas

Los costos de fabricación de PCB también pueden verse afectados por los elementos de diseño únicos en una producción determinada. Si acude a un fabricante de PCB con especificaciones personalizadas, esto podría aumentar el costo de su producción, incluso si la placa en sí es pequeña y consta de solo una o dos capas. El verdadero factor determinante en este sentido será si las características en cuestión requieren herramientas o habilidades especiales para lograrlas. Los ejemplos de especificaciones personalizadas podrían incluir:

• Bordes contorneados : La producción de PCB con bordes redondeados podría ser más costosa, especialmente aquellas que requieren enrutamiento de ejes z.
• Recubrimiento lateral : Algunos diseños de PCB especifican bordes metálicos para aumentar la resistencia EMC.
• Liquidación de máscara de soldadura: Si se necesitan más espacio y espesor de la máscara de soldadura, esto aumentará los costos.

Las características especiales requieren conjuntos de habilidades especializadas. Si su diseño involucra detalles que son difíciles de producir y no son los tipos de detalles que los fabricantes de PCB ensamblan regularmente, esto podría limitar la cantidad de personas que podrían trabajar en la producción. Esto, a su vez, podría conducir a una producción que consume más tiempo. Si la producción total tarda horas adicionales en terminar, sus tableros costarán más al final.

A menudo se requieren herramientas especiales para diseños de placas únicos. Si la placa requiere numerosos orificios de algún tamaño inusual que no coincida con uno de los diámetros estándar, es posible que la empresa que maneja su pedido deba adquirir el instrumento necesario y cobrarle los costos involucrados. Alternativamente, se le puede pedir que proporcione las herramientas necesarias para una solicitud de diseño especial. Estos son acuerdos que deben estipularse antes de cualquier contrato con un fabricante de PCB.

Para evitar costos excepcionalmente altos que podrían derivarse de solicitudes únicas de diseño de PCB, calcule el precio potencial de su diseño antes de la producción. Determine las especificaciones personalizadas del diseño y los pasos necesarios para llevarlo a cabo. Asegúrese de que el fabricante de PCB comprenda estos detalles para evitar costosos ensayos y errores.

PCB de diferentes diseños de Millennium Circuits Limited

Las propiedades del material de PCB pueden afectar significativamente el costo de ensamblaje, al igual que el tamaño de la placa y la cantidad de capas involucradas. Para mantener los costos a un nivel razonable, siempre es mejor hacer una comparación de materiales de PCB de antemano para ver qué funcionará mejor para su diseño.

En Millennium Circuits, trabajamos con cada cliente para garantizar que obtenga las placas que necesita, de la forma en que las necesita. Contáctenos hoy para una cotización para sus especificaciones.